7631-86-9 / 二氧化硅的制備及應用

背景及概述^{[1][2] [3]}

SiO₂也叫硅石，是一種堅硬難熔的固體。從地面往下16km幾乎65%為二氧化硅的礦石。天然的二氧化硅分為晶態(tài)和無定形兩大類，晶態(tài)二氧化硅主要存在于石英礦中。純石英為無色晶體，大而透明的棱柱狀石英為水晶。二氧化硅是硅原子跟四個氧原子形成的四面體結(jié)構(gòu)的原子晶體，整個晶體可看作是一個巨大分子。無定形二氧化硅為白色固體或粉末，化學性質(zhì)很穩(wěn)定，不溶于水也不跟水反應。其是酸性氧化物，不跟一般酸反應。氣態(tài)氟化氫或氫氟酸跟二氧化硅反應生成氣態(tài)四氟化硅。跟熱的強堿溶液或熔化的堿反應生成硅酸鹽和水，跟多種金屬氧化物在高溫下反應生成硅酸鹽。其用于制造石英玻璃、光學儀器、化學器皿、普通玻璃、耐火材料、光導纖維，陶瓷等。

二氧化硅的化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，不溶于水也不溶于一般的酸，但能與氫氟酸作用生成四氟化硅氣體。二氧化硅和強堿或某些金屬的碳酸鹽在高溫下共熔時會生成硅酸鹽，把它在高溫狀態(tài)下熔化，然后讓熔液冷卻，隨著溫度降低，這時熔液變得越來越粘稠，最后變硬，得到石英玻璃。用石英玻璃制的容器，驟冷驟熱都不易破裂。石英玻璃又能透過紫外線，因此，石英玻璃被用來制造汞蒸氣紫外線燈及某些用紫外線的光學儀器和高溫儀器。

制備^[2]

膠體硅，在鐵硅合金中通入氯化氫制成四氯化硅，然后在氫氧焰中加熱分解而得。濕法硅，由硅酸鈉和硫酸或鹽酸分解、凝固形成硅膠。再用水洗滌，除去雜質(zhì)，經(jīng)干燥而得。

應用 ^[4]

海外市場調(diào)研機構(gòu)“未來市場洞察”最新研究報告顯示，對2026年全球二氧化硅市場持樂觀態(tài)度。研究報告顯示，由于在塑料行業(yè)應用廣泛，2016年特種二氧化硅需求繼續(xù)強勁增長。截至2016年，市場估值為56億美元。報告指出，橡膠行業(yè)是其最大應用領(lǐng)域， 這主要是由于業(yè)界尋求燃油效率的提高。沉淀二氧化硅作為一種倍受輪胎制造業(yè)歡迎的功能添加劑，未來十年間將繼續(xù)見證更高的需求增幅。報告估計，2016年全球沉淀二氧化硅收入接近40億美元。亞太地區(qū)（不包括日本）仍將是最大的特種二氧化硅市場，而中國作為特種二氧化硅的主要供應國，將繼續(xù)保持其在全球市場的主導地位。

二氧化硅在三氟甲磺酸中的應用

氟甲磺酸(CF₃SO₃H)屬于化工中間體、是一種重要的有機化工原料。在電子行業(yè)，它可用于制作鋰離子電池的原料，廣泛應用于電子設(shè)備。三氟甲磺酸對氧化還原反應也極其穩(wěn)定，是一種萬能的合成工具，市場前景可觀。目前，電化學氟化法是制備三氟甲磺酸的主要方法。采用這種方法制備的三氟甲磺酸中含F(xiàn)^-量很高，不利于三氟甲磺酸作用的發(fā)揮。氣態(tài)氟化氫或氫氟酸跟二氧化硅反應生成氣態(tài)四氟化硅，跟熱的強堿溶液或熔化的堿反應生成硅酸鹽和水，跟多種金屬氧化物在高溫下反應生成硅酸鹽。二氧化硅能溶于濃熱的強堿溶液：

在高溫下，二氧化硅能被碳、鎂、鋁還原：

氟化氫(氫氟酸)是唯一可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氣態(tài)氟硅酸：

利用二氧化硅能與氫氟酸反應的特性，可以除去三氟甲磺酸中的 F^-。F^-在濃硫酸存在下與二氧化硅反應，F(xiàn)^-以 SiF₄氣體形式從產(chǎn)品中逸出，使產(chǎn)品中F^-大大減少。反應方程式如下：

主要參考資料

[1] 中學教師實用化學辭典

[2]實用化學品配方手冊

[3].未來十年二氧化硅市場前景看好[J].橡膠參考資料,2018,48(01):39.

[4]呂靈華,楊獻奎,羅建志,李林,戶帥帥.二氧化硅在三氟甲磺酸純化中的應用研究[J].化學工程與裝備,2018(02):23-25.